基于Hi3531A 和Qt 的操控終端軟件設(shè)計(jì)

張穗華，陳 浩，劉儀聰

（中國兵器工業(yè)第五八研究所，四川 綿陽 621000）

0 引言

Hi3531A 是HUAWEI 海思開發(fā)的針對(duì)多路高清和標(biāo)清DVR 產(chǎn)品應(yīng)用的一款專業(yè)SOC 芯片，內(nèi)置ARM-A9 雙核處理器和H.264 視頻編解碼引擎，支持PAL 和SDI 接口視頻信號(hào)輸入，提供HDMI、VGA 高清顯示輸出能力，且集成有豐富的外圍通信接口［1］。

Qt 是由QtCompany 開發(fā)的跨平臺(tái)C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架開發(fā)平臺(tái)［2-3］。它具備優(yōu)良的跨平臺(tái)特性、組件編程和豐富的控件資源，可以為開發(fā)者提供健全且美觀的用戶界面功能［4-5］。

遙控武器戰(zhàn)是一種可以應(yīng)用于多平臺(tái)的相對(duì)獨(dú)立的模塊化、通用化武器系統(tǒng)［6］，其組成框圖如下頁圖1 所示。

圖1 遙控武器站系統(tǒng)組成框圖

操控終端作為遙控武器站類型武器裝備平臺(tái)的重要組成部分，是系統(tǒng)人機(jī)交互的接口，主要用于警戒監(jiān)控、狀態(tài)顯示、指令下發(fā)等功能的實(shí)現(xiàn)［7］。

1 交叉編譯環(huán)境搭建

整個(gè)軟件的開發(fā)環(huán)境包括Linux 服務(wù)器（宿主機(jī)）、Windows 工作臺(tái)（調(diào)試機(jī)）和Hi3531A（目標(biāo)板）3 部分，三者同處于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，如圖2 所示。

圖2 開發(fā)環(huán)境連接示意圖

整個(gè)操控終端軟件的開發(fā)流程如圖3 所示。

圖3 開發(fā)流程示意圖

1.1 交叉編譯器的安裝

海思官方發(fā)布的SDK 包中提供有兩種編譯工具鏈：基于uclibc 的工具鏈arm-hisiv300-linux 和基于glibc 的工具鏈arm-hisiv400-linux。本文選擇前者，在Linux 服務(wù)器下安裝對(duì)應(yīng)工具鏈，具體步驟不再贅述，海思官方有詳細(xì)的指導(dǎo)說明。

安裝成功之后，會(huì)顯示如圖4 信息。

圖4 交叉編譯器安裝成功示意圖

1.2 Qt 源碼庫的編譯

Qt 支持組件編程，在進(jìn)行源碼編譯時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要增刪對(duì)應(yīng)的功能模塊。本文選擇Qt4.8.1 作為開發(fā)庫，編譯指令如下：

#makeinstall

編譯成功之后，會(huì)在對(duì)應(yīng)路徑的bin 目錄下生成qmake 可執(zhí)行文件。

1.3 QtCreator 的安裝和配置

配置開發(fā)工具QtCreator 如圖5～圖6 所示。

圖5 QtCreator 配置示意圖1

圖6 QtCreator 配置示意圖2

2 海思內(nèi)核配置和驅(qū)動(dòng)加載

本操控終端外圍通信接口包含3 路串口、3 路SDI 視頻輸入、1 路視頻PAL 輸入、1 路CAN 口、1路網(wǎng)口、2 路USB、1 路VGA 輸出、1 路HDMI 輸出。這里重點(diǎn)闡述PAL/SDI 視頻驅(qū)動(dòng)、CAN 驅(qū)動(dòng)，以及觸摸屏驅(qū)動(dòng)的內(nèi)核配置和對(duì)應(yīng)源碼修改。

2.1 PAL/SDI 視頻輸入

Hi3531A 通過ITU-R、BT656/601/1 120 接口或DigitalCamera 接口接收芯片外的視頻數(shù)據(jù)。它擁有5 個(gè)BT.1120 接口，前4 個(gè)BT.1120 接口每個(gè)對(duì)應(yīng)2 個(gè)VI 設(shè)備，均支持1/2/4 路D1、960H 復(fù)合模式輸入（BT.656 協(xié)議），以及2 路720P 復(fù)合模式。第5 個(gè)BT.1120 口是專用于級(jí)聯(lián)的。

通過采用TVP5150 芯片，可實(shí)現(xiàn)外圍PAL 視頻輸入接口到板級(jí)BT.656 接口的信號(hào)轉(zhuǎn)換，采用TW6874 芯片可將3 路SDI 視頻輸入轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)的BT.1120 口。

2.2 CAN 通信

Hi3531A 并沒有直接可用的CAN 接口，通過采用MCP2515 芯片可將外圍的CAN 接口轉(zhuǎn)為板級(jí)的SPI 通信口，但需要修改相關(guān)的源碼文件，包括

driver/net/can/mcp251x.c 以及drivers/spi/spidev_info.c

等，并配置相關(guān)IO 引腳的屬性。

2.3 eGalax 觸摸屏輸入

Hi3531A 支持USB 觸摸屏輸入，但并沒有eGalax 所需的HidMultiTouch 模塊，因此，需要根據(jù)linux 內(nèi)核版本修改相關(guān)源碼并配置內(nèi)核模塊，詳情請(qǐng)參考eGalax 的指導(dǎo)說明。

2.4 驅(qū)動(dòng)加載和配置

修改完源碼，配置好內(nèi)核，可生成內(nèi)核文件，并燒寫到Hi3531A（目標(biāo)板）中。以上驅(qū)動(dòng)既可編譯到內(nèi)核文件中，也可單獨(dú)生成驅(qū)動(dòng)文件，自行加載。

觸摸屏驅(qū)動(dòng)安裝成功之后，并不能直接供Qt 程序調(diào)用。還需要通過Tslib 庫將觸摸屏的原始數(shù)據(jù)與界面像素坐標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)和映射，校屏后的結(jié)果測試如圖7 所示。

圖7 Tslib 校屏后的效果圖

3 操控終端軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件框架

整個(gè)操控終端軟件框架可分為4 層：驅(qū)動(dòng)層、協(xié)議層、功能層、UI 層。其軟件組成框圖如圖8 所示。

圖8 操控終端軟件組成框圖

驅(qū)動(dòng)層用于實(shí)現(xiàn)操控終端與外部設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)采集，在軟件設(shè)計(jì)階段，可根據(jù)硬件通信接口模塊化配置。

協(xié)議層主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)接口協(xié)議數(shù)據(jù)的解析、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)庫的查詢等功能。

功能層主要由火控解算模塊、日志記錄模塊以及圖像處理模塊組成。其中，圖像處理模塊可根據(jù)用戶需求增刪子模塊：圖像識(shí)別、圖像跟蹤、視頻傳輸?shù)?。其功能是?shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別、跟蹤，射擊諸元解算、預(yù)判打擊，操作日志和故障信息的記錄等。

UI 層是人機(jī)交互的入口，主要用于操控指令的使能和下發(fā)、工作模式的切換、伺服位置的反饋顯示、單體設(shè)備健康狀態(tài)的監(jiān)控以及功能開啟、完成情況的顯示等。

3.2 UI 界面設(shè)計(jì)

UI 界面依據(jù)簡潔明了、操作便捷的設(shè)計(jì)風(fēng)格，主要?jiǎng)澐譃橐曨l監(jiān)控、系統(tǒng)健康狀態(tài)、射控、位置反饋、系統(tǒng)狀態(tài)反饋、手柄使能反饋，以及功能按鈕等區(qū)域。

系統(tǒng)健康狀態(tài)區(qū)域布局如圖9 所示，用于系統(tǒng)單體設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示。系統(tǒng)故障時(shí)，該區(qū)域會(huì)自動(dòng)彈出，點(diǎn)擊右側(cè)“系統(tǒng)健康狀態(tài)”圖標(biāo)，該區(qū)域可隱藏。

圖9 系統(tǒng)健康狀態(tài)區(qū)域布局圖

射控區(qū)域布局如圖10 所示，包含4 種射擊模式，用于控制射擊方式和射擊頻率。

圖10 射控區(qū)域布局圖

伺服位置反饋區(qū)域布局如圖11 所示，圖中“指針”會(huì)根據(jù)槍塔位置旋轉(zhuǎn)。

圖11 伺服位置反饋區(qū)域布局圖

手柄觸發(fā)反饋區(qū)域布局如圖12 所示，其中左手柄的遙桿，上下用于調(diào)焦，左用于相機(jī)切換；按鈕分別對(duì)應(yīng)火控解算、圖像跟蹤、測距以及射擊（后扳機(jī)連鎖）等功能的觸發(fā)；右手柄的遙桿用于實(shí)現(xiàn)伺服位置調(diào)轉(zhuǎn)。

圖12 手柄觸發(fā)反饋區(qū)域布局圖

功能按鈕區(qū)域布局如圖13 所示，主要用于操控指令的使能和下發(fā)。點(diǎn)擊左側(cè)翻頁“＜”圖標(biāo)，會(huì)跳轉(zhuǎn)到“校零”區(qū)域。按鈕的使能是根據(jù)工作模式來判斷。

圖13 功能按鈕區(qū)域布局圖

點(diǎn)擊校零頁面下的“步進(jìn)校零”按鈕，會(huì)彈出窗口如圖14 所示，主要用于實(shí)現(xiàn)槍塔小范圍角度調(diào)轉(zhuǎn)到位后的零位燒寫，步進(jìn)值范圍為0～127，點(diǎn)擊界面中的四向鍵，會(huì)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)給下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)位置偏移調(diào)轉(zhuǎn)。

圖14 步進(jìn)校零界面

3.3 工作流程

操控終端軟件主流程框架，如下頁圖15 所示。

圖15 操控終端軟件主流程圖

簡單介紹幾個(gè)子模塊的流程，系統(tǒng)自檢模塊，如圖16 所示。UI 布局模塊，如圖17 所示。通信子模塊，如圖18 所示。

圖16 系統(tǒng)自檢子模塊流程圖

圖17 UI 布局模塊圖

圖18 通信子模塊流程圖

4 結(jié)論

本軟件以Hi3531A 為平臺(tái)，基于Qt4.8.1 庫，采用分層模塊化的軟件架構(gòu)，能根據(jù)外設(shè)通信接口和使用場景自行配置驅(qū)動(dòng)和功能模塊。具備簡潔明了的操控界面和穩(wěn)定可靠的運(yùn)行狀態(tài)，滿足武器裝備實(shí)時(shí)監(jiān)控警戒、火力打擊、系統(tǒng)自檢、安全可靠的戰(zhàn)場需求。